CN102839947B - 井下电控无级位置调节结构 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种井下电控无级位置调节结构，井下电控无级位置调节结构包括：基管(2)以及套设在基管(2)上的电机、减速装置和传动装置；电机包括：环形的电机输出轴，环形的电机输出轴能转动地套设在基管上；减速装置包括：环形的NN型少齿差行星齿轮减速器，传动装置包括：能转动地套设在基管外并与第二级内齿轮(15)连接的螺纹管(23)；传动螺母套(35)，通过螺接套设螺纹管(23)外并相对基管(2)上下移动；上滑套(30)螺接在传动螺母套(35)的上端并套设在传动螺母套(35)之外；下滑套(37)螺接在传动螺母套(35)的下端并套设在传动螺母套(35)之外。

Description

井下电控无级位置调节结构

技术领域

本发明涉及采油机械领域，具体涉及一种井下电控无级位置调节结构，其主要功能为远程控制井下采油设备的动作。

背景技术

大多数常规完井都是采用陆上或者平台上简单的直井开发油气田的过程中总结出来的。在这种开发方式下，油井一旦生产，就直到因油藏压力降低、含水上升或其他井下问题而无法按设计的采油量进行开采时为止。随着上世纪80-90年代钻井技术的发展，尤其是高角度/水平井、大位移井和多分支井技术的出现，使生产井的数量减少，而单井产量提高。此外，油藏状况和恶劣的环境条件，即深水、海底、高温高压、合采和浮式采油等，不断地对常规生产管理方式提出挑战。到90年代中期，智能注采系统越来越多的在油田开采和注水作业中得到应用。在该系统中，如何实现分层注采的远程控制成为研究的关键问题之一。

而在一些低渗透率、高粘稠度的油藏中，压裂作业是保持产量、进一步提高采收率的关键方式，特别在水平井和多分支井中，多段油藏的分层压裂技术可以为不同性质的油层提供更加优化的压裂参数，得到更好的压裂效果，也对远程控制的压裂工具提出更高的要求。

因此，上述井下开采状况使得远程控制井下采油设备的动作成为采油工作的重要内容。从本质来看，井下远程控制工具的核心功能是实现地面对井下工具内部件相对位置的改变和控制，在目前已有的智能完井系统和智能注水系统中，远程控制工具按驱动方式可分为机械驱动、液压驱动和电力驱动三类。

机械驱动通过下入控制管柱对井下工具进行控制，作业工艺复杂、效率较低；液压驱动通过液压管线连接井下控制工具和地面液压泵站，驱动井下工具实现位置控制，液压管线数目较多、成本较高，分层控制数目有限，工艺管柱下入和起出作业难度大，控制时液压管线摩阻大，在深井中需要高压甚至超高压地面泵站，且难以实现无级位置控制；电力驱动通过井下工具内的传动机构将电机的旋转运动转化为低速直线运动，但目前多采用实心结构，不能充分利用油套环空，给控制管柱带来一定的偏心，且在较小直径下难以实现较大推力。

发明内容

本发明提供一种井下电控无级位置调节结构，以解决现有的远程控制工具难以实现电力驱动的问题。另外，本发明还能实现地面对井下工具内筒形部件相对位置的无级控制。

为此，本发明提出一种井下电控无级位置调节结构，所述井下电控无级位置调节结构包括：基管2以及套设在所述基管2上的电机、减速装置和传动装置；所述电机包括：环形的电机输出轴，所述环形的电机输出轴能转动地套设在所述基管上；所述减速装置包括：环形的NN型少齿差行星齿轮减速器，所述的NN型少齿差行星齿轮减速器包括：环形的偏心传动轴、设置在所述偏心传动轴上的第一级外齿轮14和第二级外齿轮142、环形的第一级内齿轮13和环形的第二级内齿轮15；所述环形的偏心传动轴与环形的电机输出轴连接；所述第一级内齿轮固定地套设在所述基管上并与所述第一级外齿轮相啮合，所述第二级内齿轮能转动地套设在所述基管上并与所述第二级外齿轮相啮合；所述传动装置包括：能转动地套设在所述基管外并与所述第二级内齿轮15连接的螺纹管23；传动螺母套35，通过螺接套设所述螺纹管23外并相对所述基管2上下移动；上滑套30螺接在所述传动螺母套35的上端并套设在所述传动螺母套35之外；下滑套37螺接在所述传动螺母套35的下端并套设在所述传动螺母套35之外。

进一步地，所述环形的电机输出轴为偏心筒，所述环形的偏心传动轴与环形的电机输出轴为一体式结构。

进一步地，所述井下电控无级位置调节结构还包括：套接在所述基管上端的上接头1，以及通过螺纹固定套接在所述上接头1外的接头套筒10，所述第一级内齿轮13固定地套接在所述接头套筒10之内。

进一步地，所述电机还包括：环形的定子和设置在所述定子与所述环形的电机输出轴之间的转子，所述环形的电机输出轴通过轴承连接设置在上接头1中，所述定子固定地套设在所述接头套筒10之内。

进一步地，所述传动装置还包括：旋转连接筒20，所述第二级内齿轮15通过所述旋转连接筒20连接所述螺纹管23，所述旋转连接筒20的上端固定地套接在第二级内齿轮15之内并且所述旋转连接筒20通过轴承套接在所述环形的偏心传动轴外，所述旋转连接筒20的下端固定地套接在所述螺纹管23外。

进一步地，所述传动装置还包括：上保护套筒25，所述上保护套筒25上端与所述上接头1固定连接，并且所述上保护套筒25包围在所述接头套筒10、所述第二级内齿轮和所述旋转连接筒20之外。

进一步地，所述传动装置还包括：位于所述上保护套筒25下端的下保护套筒26，所述下保护套筒26通过螺纹套接在所述上保护套筒25之内，所述下保护套筒26通过轴承套接在所述螺纹管23外，所述传动装置还包括：套接在所述下保护套筒26的下端的下筛管31，所述下筛管31与上保护套筒25外径相等，所述传动螺母套35套接于所述下筛管31内并相对所述下筛管31上下移动，所述下筛管31包围在所述上滑套30之外。

进一步地，所述螺纹管23的上端和下端分别通过轴承套接在所述基管2外。

进一步地，所述传动装置还包括：通过螺纹连接在所述基管2下端的下接头41，所述下接头41套接在所述基管2外，并且所述下接头41的外径小于所述下滑套37内径。

本发明的电机通过电力驱动产生旋转运动，通过环形的电机输出轴将旋转传动到减速装置的环形的偏心传动轴上，通过NN型少齿差行星齿轮减速器实现减速并增加传动的扭矩，通过传动装置接受来自减速装置的旋转力矩，减速装置带动螺纹管旋转，传动螺母套由于被限制转动，所以只能沿轴向移动，并带动上下滑套实现连续的直线运动。

本发明的电机、减速装置和传动装置均为环形部件，能够充分利用油套环空的环形空间，在不影响基管液体流动通道的前提下，实现井下部件的相对位置无级调节。

进而，本发明将电机输出轴与减速装置的偏心传动轴合二为一，做成一体式偏心结构，实现了电机的转轴与减速装置的转轴的结合与统一，不但减少了电机的转轴与减速装置的转轴为分体结构的装配时间，也减少了NN型少齿差行星齿轮减速器位于井下时由于偏心传动轴受力较大而在与电机连接处产生断裂的危险，而且结构简单节省空间，适应井下狭窄空间。

附图说明

图1为根据本发明实施例的井下电控无级位置调节结构的第一部分(上部)结构示意图；

图2为根据本发明实施例的井下电控无级位置调节结构的第二部分(下部)结构示意图，其中图1的下端与图2的上端相连接，由于井下电控无级位置调节结构的整体为细长结构，所以，将井下电控无级位置调节结构的整体分为两部分来表示。

附图标号说明：

1、上接头  2、基管  3、O型密封圈  4、滚针轴承  5、O型密封圈  6、偏心筒(偏心传动轴)  7、定子  8、转子  9、配重块  10、接头套筒  11、轴承端盖  12、滚针轴承  13、第一级内齿轮  14、第一级外齿轮  142、第二级外齿轮  15、第二级内齿轮  16、筒轴承端盖  17、滚针轴承  18、配重块  19、深沟球轴承  20、旋转连接筒  21、推力轴承  22、滚针轴承  23、螺纹管  24、平键  25、上保护套筒  26、下保护套筒  27、滚针轴承  28、O型密封圈  29、O型密封圈  30、上滑套  31、下筛管  32、O型密封圈  33、滚针轴承  34、O型密封圈  35、传动螺母套  36、O型密封圈  37、下滑套  38、滚针轴承  39、推力轴承  40、O型密封圈  41、下接头  42、孔用格莱圈

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的

具体实施方式。

如图1和图2所示，根据本发明实施例的井下电控无级位置调节结构包括：基管2以及套设在所述基管2上的电机、减速装置和传动装置。电机、减速装置和传动装置均为环形，以充分利用油套环空的环形空间，在不影响基管液体流动通道的前提下，实现井下部件的相对位置调节。

所述电机包括：环形的电机输出轴，所述环形的电机输出轴能转动地套设在所述基管2上。进一步地，所述电机例如为环形电机或环形永磁同步电机，所述电机还包括：环形的定子7和设置在所述定子7与所述环形的电机输出轴之间的转子8，转子8位于定子7与环形的电机输出轴之间的环形空间内，转子8与环形的电机输出轴通过径向螺钉固定。定子7设置在转子8之外，便于电机设置线圈。

如图1所示，所述减速装置包括：环形的NN型少齿差行星齿轮减速器，所述的NN型少齿差行星齿轮减速器包括：环形的偏心传动轴、设置在所述偏心传动轴上的第一级外齿轮14和第二级外齿轮142、环形的第一级内齿轮13和环形的第二级内齿轮15；所述环形的偏心传动轴与环形的电机输出轴连接；所述第一级内齿轮13固定地套设在所述基管2上并与所述第一级外齿轮14相啮合，所述第二级内齿轮15能转动地套设在所述基管2上并与所述第二级外齿轮142相啮合。通过环形的NN型少齿差行星齿轮减速器，可以增加传动扭矩，有力的带动井下的相关部件。NN型少齿差行星齿轮减速器中的各内齿轮和外齿轮均为环形，NN型少齿差行星齿轮减速器的结构和工作原理可以参考现有技术。在本发明中，第一级外齿轮14和第二级外齿轮142可以为一体式结构，为了装入接头套筒10内，外齿轮14比142小。

所述传动装置包括：能转动地套设在所述基管2外并与所述第二级内齿轮15连接的螺纹管23，螺纹管23为具有外螺纹的管，相当于管状的丝杠；传动螺母套35，通过螺接套设所述螺纹管23外并相对所述基管2上下移动；上滑套30螺接在所述传动螺母套35的上端并套设在所述传动螺母套35之外；下滑套37螺接在所述传动螺母套35的下端并套设在所述传动螺母套35之外。传动装置通过环形的结构和螺旋传动以及传动装置内各部件的螺纹连接，实现了将减速装置的旋转运动转换为传动螺母套的轴向移动，由于传动螺母套是通过螺纹传动实现上下轴向移动的，螺纹传动是连续的不间断的，因而，可以实现上滑套30和下滑套37的无级位置调节。

进一步地，如图1所示，所述环形的电机输出轴为偏心筒，所述环形的偏心传动轴与环形的电机输出轴为一体式结构，即减速装置的偏心传动轴与电机输出轴均为偏心筒6，由于减速装置采用偏心传动轴，才能保证NN型少齿差行星齿轮减速器的正常运行。此外，环形的偏心传动轴与环形的电机输出轴可以为分体结构，电机输出轴可以为对称的、不偏心的，不偏心的电机输出轴可以与偏心传动轴装配后形成连接。

进一步地，如图1所示，所述井下电控无级位置调节结构还包括：套接在所述基管上端的上接头1，以及通过螺纹固定套接在所述上接头1外的接头套筒10，所述第一级内齿轮13固定地套接在所述接头套筒10之内。上接头1为筒状，与外部结构通过螺纹连接，为固定部件。接头套筒10起到保护和密封的作用。

进一步地，所述环形的电机输出轴通过轴承(例如为滚针轴承4)连接设置在上接头1中，以实现转动。所述定子7固定地套设在所述接头套筒10之内，例如，定子7与接头套筒10通过过盈配合连接，保证定子7的稳定。

进一步地，如图1所示，所述传动装置还包括：旋转连接筒20，旋转连接筒20为筒状，所述第二级内齿轮15通过所述旋转连接筒20连接所述螺纹管23，所述旋转连接筒20的上端(例如通过径向螺钉)固定地套接在第二级内齿轮15之内并且所述旋转连接筒20通过轴承(例如通过深沟球轴承19实现轴承连接)套接在所述环形的偏心传动轴外，所述旋转连接筒20的下端(例如，通过平键24)固定地套接在所述螺纹管23外。

进一步地，如图2所示，所述传动装置还包括：上保护套筒25。上保护套筒25为筒状起到保护和密封的作用，所述上保护套筒25上端与所述上接头1固定连接，并且所述上保护套筒25包围在所述接头套筒10、所述第二级内齿轮和所述旋转连接筒20之外。

进一步地，如图2所示，所述传动装置还包括：位于所述上保护套筒25下端的下保护套筒26，所述下保护套筒26通过螺纹套接在所述上保护套筒25之内，所述下保护套筒26通过轴承(例如，通过滚针轴承27实现轴承连接)套接在所述螺纹管23外，所述传动装置还包括：套接在所述下保护套筒26的下端的下筛管31，所述下筛管31与上保护套筒25外径相等，所述传动螺母套35套接于所述下筛管31内并相对所述下筛管31上下移动，例如，传动螺母套35通过螺纹连接套接于所述下筛管31内，所述下筛管31包围在所述上滑套30之外。下保护套筒26为筒状，起到转接所述下筛管31与上保护套筒25的作用，下筛管31为筒状，相对上保护套筒25固定，同时由于上保护套筒25相对基管2固定，所以，下筛管31相对上保护套筒25和基管2固定，起到保护和密封的作用。进一步地，所述螺纹管23的上端和下端分别通过轴承套接在所述基管2外，可以方便的相对基管2运动。

进一步地，如图2所示，所述传动装置还包括：通过螺纹连接在所述基管2下端的下接头41，所述下接头41套接在所述基管2外，并且所述下接头41的外径小于所述下滑套37内径，以便下接头41不影响下滑套37的上下移动。下接头41与外部结构通过螺纹连接，为固定部件。

上述各结构可以在满足本发明目的条件下单独存在，也可以在不矛盾的情况下相互组合。下面描述一个上述各结构组合形成的一种井下电控无级位置调节结构和传动关系：

上接头1与外部结构通过螺纹连接，为固定部件；基管2与上接头1通过螺纹连接，并通过O型密封圈3进行密封；偏心筒6上端与上接头1通过滚针轴承4实现轴承连接；接头套筒10与上接头1通过螺纹和止口(凹口)连接并定位；电机定子7与接头套筒10通过过盈配合连接；电机转子8与偏心筒6通过径向螺钉固定；配重块9和配重块18与偏心筒6通过平键连接，以实现受力均匀；轴承端盖11、轴承端盖16与偏心筒6通过径向螺钉固定；第一级内齿轮13与接头套筒10通过花键连接，并与第一级外齿轮14实现齿轮配合；第一级外齿轮14和第二级外齿轮142分别与轴承端盖11、轴承端盖16通过滚针轴承12、滚针轴承17实现轴承连接；第二级内齿轮15与旋转连接筒20通过径向螺钉固定；旋转连接筒20与螺纹管23通过平键24连接；偏心筒6下端与旋转连接筒20通过深沟球轴承19实现轴承连接；螺纹管23上端与基管2通过推力轴承21和滚针轴承22实现轴承连接；上保护套筒25上端与上接头1实现间隙配合连接，并通过两个O型密封圈5进行密封；上保护套筒25下端与下保护套筒26通过螺纹连接，并通过O型密封圈28进行密封；下筛管31上端与下保护套筒26通过螺纹连接，并通过O型密封圈29进行密封；下保护套筒26上端与螺纹管23通过滚针轴承27实现轴承连接；下保护套筒26下端与螺纹管23通过滚针轴承33实现轴承连接；传动螺母套35(例如为滚珠螺母)与螺纹管23通过螺旋副连接，并与下筛管31通过花键连接；上滑套30与传动螺母套35(例如为滚珠螺母)上端通过螺纹连接，并通过O型密封圈34、O型密封圈32进行密封；下滑套37上端与传动螺母套35(例如为滚珠螺母，这样，摩擦小)下端通过螺纹连接，并通过O型密封圈36进行密封；螺纹管23下端与基管2通过推力轴承39和滚针轴承38实现轴承连接；下接头41与基管2通过螺纹连接，并通过O型密封圈40进行密封；下滑套37下端与下接头41实现间隙配合连接，并通过孔用格莱圈42(或密封圈)进行密封。

其传动关系为：首先，电机转子8相对固定的电机定子7产生旋转运动，带动偏心筒6旋转，偏心筒6将电机偏心轴的公转运动传递给第一级外齿轮14和第二级外齿轮142，第一级外齿轮14和第二级外齿轮142还通过轴承连接实现绕偏心轴的自转运动，这样啮合的两组齿轮副(固定的第一级内齿轮13和第一级外齿轮14、旋转的第二级内齿轮15和第二级外齿轮142)组成了NN型少齿差行星减速机构，通过旋转的第二级内齿轮15输出。其次，旋转的第二级内齿轮15通过旋转连接筒20和平键24将旋转运动传递给螺纹管23，通过传动螺母套35将旋转运动转化为直线运动，最终带动上滑套30和下滑套37实现无级位置调节。

本发明的效果主要体现在：①全电子化，结构简单，维护方便；②能够实现无级位置调节；③能够方便的获得井下工具内部件的相对位置；④仅需一根控制缆线连接井下装备和地面控制系统；⑤地面设备简单。因此，本发明所涉及的无级位置调节结构能够为需要提供井下遥控功能的作业系统和工艺提供新的控制工具组件，成为现有控制工具的有益补充，更加灵活便捷，智能化程度更高，成本更低。

本发明输出无级位置运动和轴向推力，可与智能完井系统、智能注采系统中的井下液体流动控制阀相结合，实现井下液体的远程流动控制，也可与分层压裂系统中的压裂滑套相结合，通过单根电缆实现多个压裂滑套的开关控制，还可与压缩式封隔器相结合，实现封隔器的坐封和解封。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。为本发明的各组成部分在不冲突的条件下可以相互组合，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (9)

1.一种井下电控无级位置调节结构，其特征在于，所述井下电控无级位置调节结构包括：基管(2)以及套设在所述基管(2)上的电机、减速装置和传动装置；

所述电机包括：环形的电机输出轴，所述环形的电机输出轴能转动地套设在所述基管上；

所述减速装置包括：环形的NN型少齿差行星齿轮减速器，所述的NN型少齿差行星齿轮减速器包括：环形的偏心传动轴、设置在所述偏心传动轴上的第一级外齿轮(14)和第二级外齿轮(142)、环形的第一级内齿轮(13)和环形的第二级内齿轮(15)；

所述环形的偏心传动轴与环形的电机输出轴连接；

所述第一级内齿轮固定地套设在所述基管上并与所述第一级外齿轮相啮合，所述第二级内齿轮能转动地套设在所述基管上并与所述第二级外齿轮相啮合；

所述传动装置包括：能转动地套设在所述基管外并与所述第二级内齿轮(15)连接的螺纹管(23)；传动螺母套(35)，通过螺接套设所述螺纹管(23)外并相对所述基管(2)上下移动；上滑套(30)螺接在所述传动螺母套(35)的上端并套设在所述传动螺母套(35)之外；下滑套(37)螺接在所述传动螺母套(35)的下端并套设在所述传动螺母套(35)之外；

所述电机为环形永磁同步电机。

2.如权利要求1所述的井下电控无级位置调节结构，其特征在于，所述环形的电机输出轴为偏心筒，所述环形的偏心传动轴(6)与环形的电机输出轴为一体式结构。

3.如权利要求1所述的井下电控无级位置调节结构，其特征在于，所述井下电控无级位置调节结构还包括：套接在所述基管上端的上接头(1)，以及通过螺纹固定套接在所述上接头(1)外的接头套筒(10)，所述第一级内齿轮(13)固定地套接在所述接头套筒(10)之内。

4.如权利要求3所述的井下电控无级位置调节结构，其特征在于，所述电机还包括：环形的定子和设置在所述定子与所述环形的电机输出轴之间的转子，所述环形的电机输出轴通过轴承连接设置在上接头(1)中，所述定子固定地套设在所述接头套筒(10)之内。

5.如权利要求3所述的井下电控无级位置调节结构，其特征在于，所述传动装置还包括：旋转连接筒(20)，所述第二级内齿轮(15)通过所述旋转连接筒(20)连接所述螺纹管(23)，所述旋转连接筒(20)的上端固定地套接在第二级内齿轮(15)之内并且所述旋转连接筒(20)通过轴承套接在所述环形的偏心传动轴(6)外，所述旋转连接筒(20)的下端固定地套接在所述螺纹管(23)外。

6.如权利要求5所述的井下电控无级位置调节结构，其特征在于，所述传动装置还包括：上保护套筒(25)，所述上保护套筒(25)上端与所述上接头(1)固定连接，并且所述上保护套筒(25)包围在所述接头套筒(10)、所述第二级内齿轮和所述旋转连接筒(20)之外。

7.如权利要求6所述的井下电控无级位置调节结构，其特征在于，所述传动装置还包括：位于所述上保护套筒(25)下端的下保护套筒(26)，所述下保护套筒(26)通过螺纹套接在所述上保护套筒(25)之内，所述下保护套筒(26)通过轴承套接在所述螺纹管(23)外，所述传动装置还包括：套接在所述下保护套筒(26)的下端的下筛管(31)，所述下筛管(31)与上保护套筒(25)外径相等，所述传动螺母套(35)套接于所述下筛管(31)内并相对所述下筛管(31)上下移动，所述下筛管(31)包围在所述上滑套(30)之外。

8.如权利要求2所述的井下电控无级位置调节结构，其特征在于，所述螺纹管(23)的上端和下端分别通过轴承套接在所述基管(2)外。

9.如权利要求1所述的井下电控无级位置调节结构，其特征在于，所述传动装置还包括：通过螺纹连接在所述基管(2)下端的下接头(41)，所述下接头(41)套接在所述基管(2)外，并且所述下接头(41)的外径小于所述下滑套(37)内径。